隨著經濟的飛速發展，國家對電力的需求與日俱增，安全可靠的電力供應非常重要。然而，電力設施設備處于各種自然環境中，會遭受到不同程度的腐蝕破壞，導致性能降低甚至失效。因此采用有效的防腐措施十分重要。為了宣揚電力工業防腐蝕的重要性，了解電力工業防腐蝕的技術瓶頸，探討未來電力工業防腐技術的發展趨勢。記者特邀請到華北電力科學研究院有限責任公司的省公司級優秀專家教授級高工張秀麗做相關方面精彩解讀。

    張秀麗，華北電力科學研究院有限責任公司教授級高級工程師、華北電力大學特聘碩士生導師、華北電力技術院工程技術院級專家、中國腐蝕與防護學會副理會理事。多年來，一直致力于電力設施腐蝕監檢測與防護技術的研究，獲得過7 項省部級優秀科技成果獎。

    張秀麗 華北電力科學研究院有限責任公司教授級高級工程師

    記者：電力工業中設備、設施的腐蝕狀況以及腐蝕與防護學科在其中的重要性？

    張教授：電力工業是國民經濟的重要組成部分，腐蝕是電力工業中不可忽視的重大問題之一，國家科技部、國家電網公司和各大發電集團公司已充分認識到腐蝕或環境失效是電力設施造成巨大損失的重要工程課題，多年來從不間斷地組織相關的研究院所和高等院校與電科院、業主聯合開展這方面技術研究。

    例如關于核工業中的腐蝕與防護的課題“核電關鍵材料及其焊接部位在微納米尺度”和“核電關鍵材料的環境行為與失效機理”研究課題都已列為國家973 項目。

    各大發電集團為了解決發電生產環節出現的各種腐蝕問題，每年的科技立項中也都有關于腐蝕研究的課題，《超臨界機組熱力系統腐蝕與氧化在線監測系統的研究》、《亞臨界機組腐蝕沉積風險控制措施研究及爐水多參數協同自動加藥控制系統研發》項目分別是大唐國際有限責任公司2015 年和北京能源集團有限責任公司2016 年的科技項目。

    國家電網公司對輸變電設施的腐蝕問題的研究尤為重視，為了解決輸變電設備在腐蝕環境下可靠性不高和材料選型困難等問題，國家電網公司2013 年的科技立項中設立了《輸變電設備防腐材料開發及應用關鍵技術研究》研究課    題，研究經費達1750 萬元。

    為了研究高溫沿海工業（高濕高鹽高硫）環境下變電站導體（斷路器、GIS外接線板，隔離開關動靜觸頭等）關鍵設備材料腐蝕防護技術，掌握變電站設備用導體材料腐蝕現狀及腐蝕失效原因，建立材料選型設計及防腐設計方法，國家電網公司在2017 年科技項目項中設立了《高溫沿海工業環境下變電站設備導體材料腐蝕防護技術研究》課題。

    從上述羅列的有關電力工業的腐蝕研究課題，不難看出，腐蝕是電力工業中不可忽視的重大問題，多年來，我國廣大腐蝕科技工作者做了大量的研究工作，解決了電力工業生產諸多腐蝕問題，但目前生產中仍有許多腐蝕問題有待解決，如超臨界機組或亞臨界機組過熱器氧化皮剝落問題、水汽系統的腐蝕在線監測及故障診斷問題、高溫沿海工業環境下變電站設備導體材料的腐蝕問題等等。但我們相信我們會共同努力去解決這些問題，為我國電力設備的安全經濟運行保駕護航。

    防覆冰涂料施工現場

    記者：多年來，您一直致力于電力設施腐蝕監檢測與防護技術的研究，主持承擔了多項課題，解決了許多關鍵技術難題，請結合您所研究的課題分析一下電力工業防腐蝕的發展趨勢、技術瓶頸？

    張教授：我是2001 年入職華北電力科學研究院化學環保所，創建了金屬腐蝕與防護實驗室，2015 年6 月“張秀麗創新工作室”正式掛牌成立。多年來，我帶領創新團隊，一直致力于電力設施腐蝕監檢測與防護技術的研究，先后主持承擔了國家863 配套課題、國家科技支撐計劃課題、華北電網公司、大唐國際發電有限公司課題、京能集團公司、冀北電力公司等20 余項課題。我們研究課題涵蓋發電、輸變電以及新能源領域，研究內容多為企業亟需解決的生產難題、行業研究的前沿問題或是影響行業發展的關鍵技術難題。

    關于電力設施腐蝕與防護的材料、技術的未來發展趨勢、技術瓶頸，我結合我們課題組的具體實踐情況從三個方面來分析，供大家參考。

    1、腐蝕監檢測技術在電力工業的應用

    接地網金屬腐蝕狀態監測和剩余壽命預測，一直是電力行業面臨的技術難題，國家自然科學基金也曾資助過該方面的研究課題。2004 年我主持開展了“接地網腐蝕狀態監測方法及系統的研究”項目的研究，本項目采用電化學傳感器原位檢測了接地網金屬材料本身（而不是測量探頭）在土壤中的腐蝕狀態，突破了傳統和常規的現場檢測的腐蝕探針檢測法，開發了接地網腐蝕檢測小波濾波軟件和小孔限流傳感器，攻克了接地網腐蝕電化學測量傳感器的限流和測量環境對檢測系統的干擾兩大技術難題。目前該系統已成功應用于接地網腐蝕檢測中，其在不停電和不對地網開挖的情況下，可以在地面簡單、快捷地測得地網金屬的腐蝕狀態。研究成果已在學術期刊《CORROSION》以及《中國電機工程學報》、《中國電力》等期刊上發表。曾獲2007 年度中國電力科學技術三等獎、國家電網公司科技術三等獎、2006年度華北電網有限公司科技成果一等獎等科技成果獎。所申請的“一種接地網腐蝕監測方法及系統”以及“一種電化學測量裝置”專利已獲授權，并分別獲2013 年度和2015 年度國電電網公司專利二等獎。

    目前雖然接地網原位腐蝕監測技術已經取得了突破性進展，但由于其監測系統和設備尚未商品化，非腐蝕電化學專業領域技術人員還很難掌握本項目開發的接地網腐蝕電化學測量技術，現有的技術水平仍滿足不了地網腐蝕速率檢測及壽命預測的工程應用需求。

    華北電科院在電力行業率先開展了循環水系統的腐蝕在線監測技術的研究，2003 年開發出了火力發電廠循環水系統凝汽器銅管腐蝕在線監測系統，系統綜合采用線性極化和弱極化技術實時監測凝汽器銅管在循環水中的腐蝕速率和極化電阻。開發研究的腐蝕在線監測系統可以適應電廠的強電磁干擾，可監測具有高極化電阻的銅合金的腐蝕狀態。

    開發的監測系統目前已在多家廠推廣應用，取得了良好的經濟效益和社會效益。項目獲2005 年度中國電力科學技術三等獎，2004 年度北京市科技進步三等獎。

    繼開發了循環水系統的腐蝕在線監測系統后，又研制了鍋爐化學清洗過程中的電化學在線檢測系統，并率先應用于化學清洗過程控制。通過實時監測化學清洗過程中的極化電阻和腐蝕電位，可以有效監控清洗過程中基體金屬的腐蝕速率和鈍化效果。所研制的監測系統已應用于許多電廠600MW 機組酸洗過程的腐蝕控制中，項目曾獲2010 年度華北電網有限公司科技進步一等獎。

    目前我們正致力于火力發電廠水汽系統側的腐蝕在線監測系統的研究和開發，已研制出了空冷島及省煤器腐蝕在線監測系統并已于2016 年11 月底在內蒙某電廠投入運行。本項目不僅將腐蝕在線監測系統應用于溫度壓力較低的空冷島系統外，還嘗試采用腐蝕監測系統在線監測溫度和壓力相對較高的給水介質的腐蝕性，該課題的研究將為后續高溫水汽系統（省煤器、水冷壁管、汽包、過熱器）的腐蝕在線監測研究奠定了良好的理論和工程實踐基礎。

    2、陰極保護技術在電力設施上的應用

    （1）“沿海地區輸電桿塔混凝土鋼筋犧牲陽極陰極保護技術研究”項目的研究。

    由于工業生產的需要，許多輸電線路需要建在在沿海、鹽田、鹽漬土、含硫化物等自然地區，位于這些區域的鐵塔的鋼筋混凝土基礎會遭到腐蝕破壞，且維護很困難。因此，鋼筋混凝土結構的長期防腐是迫切需要解決的問題。目前國內陰極保護技術在輸電線路鐵塔基礎中的應用尚處于起步階段，在工程中正式應用還比較少。

    于2015 年10 月在曹妃甸港池變220KV 線路的某塔基的施工期間，我們對塔基鋼筋籠實施了犧牲陽極陰極保護，該陰極保護的施工與塔基的施工過程是同步進行的，測量鋼筋保護電位的參比電極在塔基鋼筋籠灌注混凝土之前已經安裝在鋼筋籠的不同部位，保證了陰極保護電位測量的準確性，測試樁也灌注在鋼筋籠的中間位置。截止2016年8 月，鋼筋籠不同深度處參比電極的電位測量值均小于-1000mv（相對于Cu/CuSO4 參比電極），表明鋼筋籠處于保護狀態，測試樁的電位為20-80mv，因為鐵塔運行時間較短，腐蝕性離子尚未擴散至測試樁金屬表面，其還處于鈍化狀態，陰極保護的長久防腐效果和未做保護鋼筋的腐蝕狀態還需后續的跟蹤分析。

    （2）役地下循環水管道內壁陰極保護工程。

    2014 年5 月，我們完成了京能集團某電廠在役埋地循環水管道內壁陰極保護工程。該電廠循環冷卻水水源為城市中水，管道腐蝕風險較高，且循環水管道布置在廠房下方，一旦腐蝕穿孔泄露，無法開挖維修。為了提高管道運行安全性，降低管道穿孔泄漏的風險，盡可能的延長管道的使用壽命，2014 年5 月對該電廠管道實施了陰極保護。

    由于陰極保護施工位于埋地管道內部，為保證施工人員安全，需要在循環水管道內部安安裝通風系統。在不破壞并有效利用電廠循環水系統現有的設施前提下，成功安裝了通風系統。工程的施工及保護效果均得到電廠領導的好評，當然本項目的順利完成也離不開熟悉現場設備結構的電廠專工的積極配合以及技術實力雄厚的七二五所的支持。

    雖然項目的實施在陰極保護技術方面并未有新的突破，但本項目設計安裝的循環水管道內部的通風系統，為其它電廠完成類似工程提供了一個成功的范例。

    3、新能源領域的研究

    （1）我主持完成了大唐國際發電有限責任公司的“防覆冰涂料解決冬季風機葉片覆冰問題的研究”項目。

    防冰除冰是世界性的技術難題，國外一些發達國家也面臨著風機葉片、輸電線路和絕緣子覆冰問題。如在美國的Alpine 山區（海拔2350 米）由于風機葉片覆冰而損失的年發電量達到23%，在挪威的Norland（海拔770 米），每年風機葉片的覆冰時間長達一千多小時，損失的年發電量為14% ～ 28%。

    為了解決風機葉片的冬季覆冰問題，國內外許多風電廠的葉片在出廠前，表面都涂覆了防覆冰涂料，此外關于輸電線路和絕緣子防冰涂料的試驗研究也比較多，但關于防冰涂料工程應用研究比較少，尤其是防冰涂料實際防冰效果以及經濟可行性分析，更鮮有研究和報道。

    自2013 年開始，我主持開展了“防覆冰涂料解決冬季風機葉片覆冰問題的研究”項目的研究，采用自主研發的人工覆冰試驗氣候箱和覆冰附著力測量裝置，測量了國內外十余種防覆冰涂料的防冰性能，并從中篩選出了兩種防冰性能較好的涂料，應用在重慶某在役風電廠的兩臺風機葉片上，進行了防覆冰涂料的工程應用試驗研究。自2014 年12 月至今，連續三個冬季，通過跟蹤分析涂覆防覆冰涂料的風機在覆冰期的轉速和平均功率曲線、以及融冰和脫冰效果，分析了防覆冰涂料的防冰脫冰效果，研究了應用防覆冰涂料解決風電廠風機葉片覆冰問題的技術、經濟可行性。項目已于11 月底完成驗收。

    （2）我先后主持承擔了國家863配套課題“全釩液流電池SOC 在線監測技術的研究”、國家科技支撐計劃課題“大型風電場智能化運行維護關鍵技術研究及示范”項目的“基于油液狀態監測的風電機組齒輪箱故障預測技術研究及專家系統開發”課題的研究。

    伴隨著風電行業的迅猛發展，風機的運行維護與使用壽命等問題越來越受到人們的關注。風電齒輪箱是風力發電動力傳遞的核心裝置，一旦齒輪箱出了問題，整臺發電機將處于癱瘓狀態。齒輪箱處于幾十米的高空，又安裝在塔頂的狹小空間內，一旦發生故障，維修吊裝極為困難，風電場將承擔昂貴的設備維修費用、能源生產損失等。故齒輪箱的狀態監測和故障診斷對其運行可靠性和使用壽命保障有著極其重要的作用。

    振動狀態監測是目前應用較廣的風電機組齒輪箱狀態檢測手段，但其無法顯示早期微弱故障，對于由齒輪磨損引起的齒輪箱故障，油液磨粒檢測表現出了相較于振動監測更為靈敏的檢測性能。

    我國風電機組基于油液監測的狀態檢測及故障診斷系統起步較晚，目前齒輪箱油液在線監測系統存在傳感器精度不夠、可靠性差、監測數據解讀困難等眾多問題。

    經文獻查閱和現場調研，我們發現，目前油液在線監測傳感器監測的顆粒尺寸缺乏統一的標準，測量的磨粒數量預警值的設置沒有科學的依據和統一的標準，為傳感器的選擇和使用帶來了極大的困難和障礙。如有的傳感器精度達到上百甚至幾百微米，無法滿足早期發現磨損故障的要求。有的風場在線安裝的傳感器設置的磨粒數量預警值達到幾千甚至上萬，此時齒輪箱早已發生了嚴重的故障，失去了預警的意義。

    2016 年我主持承擔了國家科技支撐計劃課題“大型風電場智能化運行維護關鍵技術研究及示范”項目的“基于油液狀態監測的風電機組齒輪箱故障預測技術研究及專家系統開發”課題的研究，本項目擬開發研制出風機齒輪箱油液腐蝕磨損粒子檢測傳感器的評估測試試驗臺，并開發出齒輪箱腐蝕磨損潤滑狀態監測及故障診斷專家系統。本項目的研究將規范風電齒輪箱油液在線監測傳感器的選擇和使用，為風機廠家選擇油液在線監測裝置提供選型試驗方法及選型標準，以及油液在線監測裝置監測數據分析及齒輪箱狀態評價方法。

    2015 年我主持完成了國家863 配套課題“全釩液流電池SOC 在線監測方法及系統的研究”、本項目應用腐蝕電化學測量技術，監測了全釩液流電池SOC，解決了全釩液流電池負極電解液ORP 電位測量問題，研究開發了一種實時測量全釩液流電池荷電狀態的方法及裝置，測量傳感器直接安裝在VRB 電解液循環管路系統中，能夠準確的實時測量正極和負極電解液液流電池荷電狀態，測量速度快、精度高、不需要設備停機。研制的SOC 監測系統已成功應用于工程化液流電堆上。

    鐵塔混凝土塔基陰極保護施工現場

    記者：在您的科研生涯中，取得許多創新成果，為企業、為國家建設解決過許多技術難題，請談談您的感想？

    張教授：我們所研究的課題多為企業亟需解決的生產難題如在役埋地循環水管道內壁陰極保護、接地網金屬腐蝕狀態監測和剩余壽命預測，也有行業研究的前沿問題如風機齒輪箱油液狀態監測、風機葉片冬季覆冰問題，也有探索性研究的課題，如沿海地區輸電桿塔混凝土鋼筋犧牲陽極陰極保護，無論哪種課題，我們所研究的課題基本都是以新技術新材料在電力生產中的工程應用試驗研究為主，雖然所研究的課題談不上高大上，但也很接地氣，解決了一些電力生產中的難題。作為一名科研工作者，我認為能為社會、為國家做一些事，我感到自豪。至于要如何做好科研工作，我就簡要的談談我的感受和認識，如有不妥，望大家指正。

    首先，吃苦耐勞是科研工作者應具備的一種精神品質。

    工程應用試驗與實驗室試驗相比，試驗條件很艱苦，我們試驗工作的現場常常是位于高山上的風電廠、海邊的鐵塔混凝土塔基施工現場、以及火電廠的凝汽器內部或空冷島上等等，吃苦耐勞的精神品質是研究人員完成現場試驗的保證。

    第二，團隊協作精神是科研工作者成功的關鍵和前提。

    這些年，我們所取得的每一項科研成果，都離不開發電集團公司、電廠、電網公司和電力公司的積極配合以及研究院所和高等院校的技術支持。天津大學、北京科技大學、清華大學、華北電力大學、中科院腐蝕所以及中船重工七二五所等很多高校和科研院所，都曾與我們有關密切的合作。

    第三，摸清工程應用試驗研究的特點。

    工程試驗研究環境復雜，腐蝕研究對象已不是模擬的試片或裝置，而是電力設備本體如接地網、風機葉片以及鍋爐汽包水冷壁等等。環境對試驗研究的干擾以及腐蝕監測的限流也是我們常常面對的難題，如接地網原位腐蝕監測傳感器的限流以及電磁信號對測量信號的干擾問題。由于位于測量點處的地網金屬并不是一個獨立的電極，它與整個地網金屬是連接在一起的，這就要求電化學測量傳感器能夠將測量電流限制在預測量的這一段地網金屬上，使其不能流向地網金屬的其它部分。通過把傳感器的輔助電極封閉在絕緣套管中，使測量電流通過套管底部的小孔流向地網金屬，實現了傳感器的限流作用。測量的響應電位信號中干擾信號，靠儀器硬件很難消除，采用小波濾波技術解決了此問題。

    采訪結束時，張教授由衷的表示：在此，感謝中國腐蝕與防護學會和國家材料環境腐蝕平臺，感謝李曉剛老師，給我們提供一個跟大家交流和學習的平臺！

    后記：推行全面腐蝕控制是治理腐蝕、減少腐蝕的必由之路，是工業發展的需要。降電力工業腐蝕至最低，是腐蝕與防護學科發展的最終目標之一。唯創新，發展先進防腐技術，方能保電力工業安全運行、健康發展。

    人物簡介

    張秀麗，2000 年博士畢業于北京科技大學材料學院表面科學與腐蝕工程系，華北電力科學研究院有限責任公司，教授級高級工程師、華北電力大學特聘碩士生導師；華北電力技術院工程技術院級專家，國網冀北電力有限公司發電生產專業省公司級優秀專家人才，中國腐蝕與防護學會副理會理事。

    2008年榮獲華北電網公司“優秀工程師”和“科技創新標兵”榮譽稱號。2009年榮獲北京市總工會頒發“優秀創新女職工稱號”和“優秀創新女職工標兵稱號”。2008、2010、2012、2015 年度華北電力科學研究院有限責任公司科技先進工作者標兵。2015 年6 月負責的金屬腐蝕與防護實驗室被授予“張秀麗職工創新工作室”。

    所主持完成的科技項目先后獲北京市科技成果獎、中國電力科學技術獎、國家電網公司科技成果獎、華北電網公司等15 項科技成果獎。主持編寫了大唐國際發電有限公司《火力發電廠鋼結構涂層防腐技術導則》和華北電網公司《輸電線路鐵塔涂料防腐技術導則》，以第一作者在EI 及SCI 收錄等核心期刊以上發表科技論文20 余篇。